[发明专利]黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及对黏弹性聚合物进行研究的实验装置，具体涉及黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置及方法。

背景技术

我国提高原油采收率（EOR）潜力评价及实践证明，化学驱是增加可采储量的主要方法和攻关方向，在所有EOR方法所覆盖储量中占到70%以上，且其中以黏弹性聚合物驱的应用最为广泛。普遍认为，“改善油水流度比，进而扩大波及系数”是聚合物驱提高采收率的关键，“弹性行为作用下对油丝的‘拉、拽’，对油膜的‘剥离’”则是聚合物驱提高采收率的另一贡献。随着聚合物驱的目标油藏类型逐渐从高渗透率砂岩油藏向中低渗透率砂岩油藏、砾岩油藏及复杂断块油藏拓展，除了着眼于能够适应高盐、高温油藏的新型聚合物开发外，对黏弹性聚合物溶液在多孔介质中微观渗流特征的全面描述也备受挑战，在很大程度上制约着聚合物驱油方法在非均质高含水饱和度油藏中的进一步发展与应用。

对于牛顿流体，当流动过程具有较大的雷诺数时，根据N-S方程，由流体惯性引起的非线性效应将增强，流动就会出现十分普遍的湍流现象（Yang Shuren（杨树人），Wang Zhiming（汪志明），He Guangyu（何光渝），Cui Haiqing（崔海清），Engineering Fluid Mechanics（工程流体力学），2006）。正是基于湍流是流体流动具有强非线性效应的典范，关于非牛顿流体的非线性力学性能对其剪切流稳定性影响的认识已有近30年的历史，与此同时，聚合物溶液的非线性力学性能已从其高速拉伸中所具有大的拉伸粘度及威森博格效应方面得到了较好的证明，对聚合物液体表面上混乱的流动也早就使用过“弹性湍流”的叫法（Giesekus H. W.，Rheologica Acta，1968，7: 127～138），但直到2000年，才有对弹性湍流流动现象的权威而详细报道（Groisman A.，Steinberg V.，Nature，2000, 405（6782）：53～55）。不过，此现象的发现及其揭示是利用了两个平行圆盘间的旋转流动，通过设计圆盘间高的曲率比，在更低剪切速率下提供原始剪切流的扰动，并发展二次旋涡流动，来展现并揭示弹性湍流流动现象。

然而，对于黏弹性聚合物溶液在任一低流速、任一大于聚合物分子线团尺寸的多孔介质中形成湍流流动的可能性及其特性描述目前还并没有被关注，而众所周知聚合物驱微观渗流机制及驱油效率研究的关键在于考虑多孔介质和非牛顿流体的双重复杂性，这是因为，黏弹性聚合物溶液在油藏孔隙介质各种剪切流中复杂流动现象的出现将影响着其流动脉线的分布与稳定性，同时，黏弹性聚合物溶液在油藏孔隙介质中渗流的松弛过程还受制于孔隙单元之间流态的分布、变化与叠合，这些行为在驱油中无疑也会作用于流体在油藏中的渗流特征和最终驱替效果。因此，鉴于油藏的渗流速度恰恰相关于较小的流动雷诺数、而非线性弹性应力的存在会导致黏弹性聚合物溶液在低流动雷诺数下产生弹性湍流的这一吻合性，实现黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性的揭示有着重要的科学意义。但目前关于聚合物驱油藏多孔介质微观渗流的研究中尚没有考虑这一特殊流动现象，更缺少对这一流动现象及其特性的测定方法与装置，所以，形成一套黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性的测定方法，并建立相应的测定装置，已成为三次采油大幅度挖潜提高油田采收率背景下进一步发展和应用黏弹性聚合物驱油技术中一个亟待应对的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置，这种黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置用于解决在现有聚合物驱油微观渗流特征描述及聚合物分子黏弹行为的解释中未考虑这一特殊流动现象，尤其是缺少手段对多孔介质中的这一流动现象及其特性进行充分再现与定性和定量描述的问题，本发明的另一个目的是提供这种黏弹性聚合物在多孔介质中弹性湍流特性测定装置的测定方法。